python - 使用 Python 进行波浪模拟

Question

我想在三维空间中的某些物体上模拟具有吸收和反射的传播波。我想用python来做。我应该使用 numpy 吗？我应该使用一些特殊的库吗？

如何模拟波浪？我可以使用波动方程吗？但是，如果我有反思呢？有没有更好的方法？我应该用向量来做吗？但是当光线发散时，强度会降低。难的。

提前致谢。

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如果您在 Python 中进行任何计算密集型数值模拟，则绝对应该使用 NumPy。

模拟任意形状材料中的电磁波的最通用算法是有限差分时域法(FDTD)。它在 3-D 晶格上求解波动方程，一次一个时间步长。但是，自己编程非常复杂，最好使用Meep等专用包。

有一些关于如何编写自己的 FDTD 模拟的书籍：这是一个，这是一个文档，其中包含一些 1-D FDTD 的代码和多维的解释，谷歌搜索“编写 FDTD ”会发现更多相同的内容。

您也可以通过假设所有波都是平面波来解决这个问题，然后您可以使用向量和菲涅耳方程。或者，如果您想模拟从平面或曲面传输和反射的高斯光束，您可以使用 ABCD 矩阵形式（也称为光线传输矩阵）。这考虑了光束的发散。

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如果您正在解决 3D 自定义 PDE，我建议您至少看一下FiPy。它将为您省去从头开始构建大量矩阵调节器和求解器的麻烦。它使用 numpy 和/或 trilinos。下面是一些例子。

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我建议您使用我的项目GarlicSim作为构建模拟的框架。您仍然需要自己编写算法，可能在 Numpy 中，但 GarlicSim 可能会为您节省大量样板文件，并允许您以类似于版本控制系统的灵活方式探索您的模拟结果。

score -5 · Accepted Answer

不要使用 Python。我已经尝试将它用于计算昂贵的东西，但它并不是为此而生的。

如果您需要在 Python 程序中模拟波浪，请用 C/C++ 编写必要的代码并将其导出到 Python。
这是 C API 的链接：http: //docs.python.org/c-api/
请注意，它不是世界上最简单的 API :)

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